Placas Tectónicas

Límites de placa

Los límites de placa se encuentran en el borde de las placas litosferica y son de tres tipos: convergente, divergente y conservativa. Amplias son zonas de deformación son características usuales de los límites de debido a la interacción entre dos placas. Los tres límites son caracterizados por sus movimientos distintos.

La primera clase de límite de placa es el divergente, o centro que se separa. En estos límites, dos placas se mueven lejos una de la otra. Como las dos se separaran, los cantos del medio del océano se crean como magma del manto a través de una grieta en la corteza oceánica y se enfrían. Esto, alternadamente, causa el crecimiento de la corteza oceánica de cualquier lado de los respiraderos. A medida que las placas continúan moviéndose, y se forma más corteza, el fondo del océano se amplía y se crea un sistema de canto. Los límites divergentes son responsables en parte de conducir elmovimiento de las placas.

Como usted puede imaginarse, la formación de la corteza nueva de cualquier lado de los respiraderos empujaría a las placas a apartarse, como vemos al canto del Medio Atlantico, que ayuda a Norteamérica y Europa a separase cada vez más lejos. Los cantos del Medio océano son encadenamientos extensos de montañas en el océano y son tan altos si no lo son aun más que los encadenamientos de montaña en el continente.

El proceso que conduce realmente al movimiento en estos cantos se conoce como convección. El magma es empujado hacia arriba a través de las grietas de los cantos por las corrientes de la convección. Mientras que un poco de magma entra en erupción hacia fuera a través de la corteza, el magma que no entra en erupción continúa moviéndose bajo la corteza con la corriente lejos de la cresta del canto. Estas corrientes continuas de la convección, llamadas células de la convección, ayudan a mover las placas ausentes de uno para permitir que más corteza sea creada y el suelo de mar crezca. Este fenómeno se conoce como separación del mar al suelo.

Los cantos del medio del océano también desempeñan un papel muy crucial en el desarrollo de la teoría de la tectónica de placas, debido a la calidadúnica que los minerales basalto que poseen. El basalto contiene una cantidad justa de minerales magnéticos, que alinean con el campo magnético de la tierra sobre la cristalización.

En el pasado, el campo magnético de la tierra ha cambiado la polaridad, causando una revocación en el campo magnético, que se preserva cuando los cristales se forman. La alineación de estos minerales magnéticos se puede utilizar para conocer la edad de la corteza, puesto que pueden ser correlacionados con edades de revocaciones magnéticas conocidas en la historia de la tierra. Esto desempeña un papel dominante en el desarrollo de la teoría de tectónica de placas porque es la primera prueba positiva que las placas se movían y lo habían estado haciendo durante la mayoría de tiempogeológico. La corteza más vieja del océano tuvo su origen hace 100-65 millones de años (cretáceo temprano), que es relativamente reciente en tiempo geológico.

Si este es el caso, ¿ a dónde se fue el resto de la corteza ?

Esto nos conduce al segundo tipo de límite de la placa, el convergente. Éstos son los márgenes de la placa donde una placa está reemplazando otra, de tal modo forzando a la otra a ir debajo de ella. Estos límites están en la forma de sistemas del foso y del arco de isla.

Toda la vieja corteza oceánica está entrando estos sistemas mientras que la corteza nueva se forma en los centros que se separan. Los límites convergentes también explican porqué la corteza más vieja que la cretácea no se puede encontrar en ningún fondo del océano -- ha sido destruida ya por el proceso del subducción.

Las zonas de subducción son donde se localizan los terremotos muy fuertes, que ocurren por la acción de la losa abajo que va obra recíprocamente con la losa que reemplaza. El " anillo del fuego " alrededor de los márgenes del Océano Pacífico es debido exactamente a las zonas del subduccion encontradas alrededor de los bordes de la placa del Pacífico.

La subducción también es la causa de la actividad volcánica en lugares como Japón: mientras que una losa va más profunda debajo de la placa que reemplaza, llega a ser más caliente y más caliente debido a su proximidad a la capa. Esto hace que la losa se derrita y forme el magma, que se mueve hacia arriba a través de la corteza y forma eventualmente los volcanes (arcos de isla) en corteza oceánica o masas intrusivas enormes (los plutons y los batolitos) en corteza continental.

Las islas aleutianas son otro ejemplo de la expresión superficial de la subducción.

Estudio del comportamiento del hormigón armado ante esfuerzos normales y tangentes mediante modelos seccionales de interacción Completa

 

El análisis del comportamiento de los sistemas estructurales puede abordarse mediante diferentes niveles de idealización, pasando desde la consideración del mismo como un sólido tridimensional, hasta su asimilación a un sistema reticular de barras caracterizadas por una sección transversal, tal como se representa en la Fig. 1.
Si bien la modelización como sólido puede ser más representativa de la realidad física de las estructuras de ingeniería, se debe reconocer que los modelos de barras presen- tan ventajas importantes respecto a aquélla. Aunque habitualmente se suele mencionar como principal ventaja el menor coste computacional de los modelos de barra, lo cierto es que ésta, aunque importante, va perdiendo relevancia con el desarrollo de software y hardware más eficientes. Actualmente, los principales aspectos que hacen que los mo- delos de barras sigan siendo, con diferencia, los más empleados para idealizar estructuras de ingeniería civil son:
• Facilidad en la construcción del modelo
• Interpretación de resultados en términos de esfuerzos generalizados directamente aplicable al dimensionamiento
• Reducción de grados de libertad del
sistema
• Menor coste computacional
• Resultados muy satisfactorios para las regiones “B” gobernadas por esfuerzos normales.
Los modelos de barras se han aplicado al análisis no lineal de estructuras de forma satisfactoria, siendo capaces de reproducir numerosos fenómenos que tienen lugar en el hormigón armado, incluyendo el comportamiento post- fisuración, próximo a la rotura, fenómenos di- feridos, acciones ambientales, etc. Ver Marí (1), Marí y Bairán (2), entre otros. En este sentido, la respuesta de toda la barra viene caracteriza- da por la respuesta de la sección transversal. Por lo tanto, una adecuada simulación de la respuesta de la sección ante los esfuerzos a la que se ve sometida es trascendental en los resultados predichos.
A pesar de la versatilidad de los modelos de barras es necesario reconocer ciertas carencias implícitas en las formulaciones de los mismos. Concretamente, al considerar que los elementos son suficientemente lar- gos, se desprecia la existencia de tensiones y deformaciones en direcciones diferentes a la normal a la sección, por lo tanto, sólo son capaces de reproducir los efectos de esfuerzos normales: axil y flexión. Asimismo, la geometría de la sección transversal
es invariable con la solicitación y sólo es posible estudiar “regiones B”. Si bien estas limitaciones no afectan a un número importante de casos prácticos, resulta necesario mejorar algunas de ellas para reproducir fenómenos de carga más generales en estructuras constituidas de materiales como el hormigón armado. Por ejemplo, los esfuerzos tangenciales (cortante y torsión) y los efectos del confinamiento producido por armadura transversal o por encamisado de chapa. En el contexto de este artículo, se denominarán “elementos fibra tradicionales” a los modelos seccionales con estas características descritas en este párrafo.
Algunos de los aspectos que pueden mejorar- se son la existencia de un estado multiaxial de tensiones y deformaciones y la presencia de armadura transversal, cuya elongación implica la necesaria distorsión de la geometría de la sección transversal. Estas limitaciones hacen que exista un importante desequilibrio entre el nivel de precisión alcanzada para solicitaciones de esfuerzos normales puros respecto a los casos en que existen esfuerzo- zos tangenciales. El interés de incluir estas mejoras en los modelos de barras abarca un gran número de aplicaciones: evaluación del comportamiento no lineal de estructuras de hormigón ante cargas estáticas que producen fuertes solicitaciones normales y tangentes, evaluación de la capacidad de redistribución real de las estructuras, estudio de estructuras de compuestos no-isótropos, etc.
Entre estas aplicaciones, cabe resaltar la gran relevancia en el estudio del comportamiento sísmico de las estructuras de hormigón, ya que en los grandes terremotos recientes los fallos estructurales en elementos supuestamente bien construidos de acuerdo a normativas modernas tienen involucradas, de una u otra forma, esfuerzos de cortante o torsión, ver Fig.
2. Por otro lado, se debe tener en cuenta que, frecuentemente, en el proyecto sismorresistente se espera la formación de zonas plásticas en los extremos de las vigas y pilares donde los esfuer zos cortantes, momentos flectores y esfuerzos axiles son máximos al mismo tiempo. Más aún, el rango natural de trabajo de estas regiones es el no lineal. Por lo tanto, la necesidad de disponer de modelos de barras capaces de re- producir satisfactoriamente el comportamiento de estas regiones es evidente.
En los últimos años se ha realizado un gran esfuerzo en el desarrollo de modelos seccio- nales capaces de dar solución a las necesi- dades arriba indicadas, Vecchio y Collins(3), Petrangeli (4), Ranzo (5), Bentz (6), entre otros. En general, estos modelos abordan el problema de flexión recta de secciones simé- tricas o bien consideran el estado de carga
más general de forma

Vulnerabilidad sísmica, rehabilitación y refuerzo de casas en adobe

Resumen

Aproximadamente un quinto de la población mundial y alrededor de 35 millones de personas en Suramérica habitan en edificaciones de adobe y tapia pisada. Este tipo de edificaciones han demostrado un pobre comportamiento sísmico en los terremotos ocurridos en los últimos cincuenta años alrededor del mundo generando miles de muertes. Adicionalmente, en Colombia, una gran cantidad de construcciones históricas y culturales en tierra están localizadas en zonas de alta sismicidad. Con estos antecedentes, se desarrolló una investigación orientada a conocer el comportamiento de esta tipología constructiva en su estado actual y proponer alternativas de rehabilitación sísmica viables desde el punto de vista técnico. Las dos alternativas propuestas, refuerzo con malla y pañete y refuerzo con maderas de confinamiento, prueban ser factibles, presentando la segunda un mejor comportamiento sísmico relativo.

Introducción, justificación y antecedentes

La tierra es uno de los materiales más antiguos usados en la construcción de edificaciones. La construcción con tierra tiene miles de años de historia y existe evidencia arqueológica que sugiere la existencia de ciudades construidas enteramente en tierra: Jericó, Çatal Huyuk en Turquía, Harappa en Pakistán, Akhlet-Aton en Egipto, Chan-Chan en Perú, Babilonia en Iraq, Duheros en España, entre otras. Todas las grandes civilizaciones del Medio Este -los asirios, los babilonios, los persas y los sumerios- construyeron con tierra apisonada y con bloques de barro. Por otro lado, cuando los españoles empezaron su conquista del Nuevo Mundo, trajeron consigo el conocimiento de la construcción con adobe y tapia pisada. Fue así como se inició la construcción de las principales ciudades capitales del reino de la Nueva Granada. Las casas urbanas del común de la gente eran edificadas en uno o dos pisos en adobe y tapia pisada. Así mismo, en las ciudades se edificaron las construcciones religiosas levantadas en piedra, en tapia pisada o en ladrillo cocido sentado en argamasa. Con el avance de los siglos, el ladrillo cocido desplazó las técnicas de construcción con tierra y estos sistemas tradicionales han ido desapareciendo. Hoy en día sobreviven diversas edificaciones en tierra que deben ser preservadas.

Esquemas de falla y patrones de agrietamiento ante terremotos de las edificaciones en tierra

Las edificaciones de adobe y tapia pisada presentan usualmente unas características constructivas que contribuyen a aumentar su vulnerabilidad sísmica. Frecuentemente la edad de estas edificaciones y el deterioro de las propiedades mecánicas de sus materiales llevan a una disminución adicional de su capacidad de soportar un terremoto.

Los principales factores que contribuyen a aumentar la vulnerabilidad sísmica de viviendas en adobe y tapia pisada son: irregularidades en planta y en altura, distribución inadecuada de los muros en planta, pérdida de la verticalidad -o plomo- de los muros, problemas de humedad, filtraciones, conexión inadecuada entre muros, pérdida de recubrimiento de muros, uso de materiales no compatibles, entrepisos pesados y ausencia de diafragmas, apoyo y anclaje inadecuado de elementos de entrepiso y cubiertas sobre muros, entrepisos muy flexibles, luces muy largas y estructuración de cubierta deficiente.

Con base en las anteriores características, las edificaciones de dos pisos construidas en tierra presentan una mayor vulnerabilidad ante la acción de las fuerzas horizontales inducidas por un evento sísmico, tal como se presenta en la figura 1.

Debido a las deficiencias anteriormente mencionadas, las edificaciones construidas en mampostería de adobe y tapia pisada presentan mecanismos de colapso y patrones de agrietamiento que pueden ser agrupados de acuerdo con la Tabla 1.

cómo se producen los terremotos

Un terremoto o seísmo, es un fenómeno de sacudida brusca y temporal de la corteza terrestre producido por la liberación de energía acumulada en forma de ondas sísmicas. La mayoría se producen a raíz de los procesos geotectónicos, como movimientos y rupturas de la corteza terrestre.

Los terremotos tectónicos suelen ocurrir en zonas donde la concentración de fuerzas generadas por los límites de las placas tectónicas dan lugar a movimientos de reajuste en el interior y en la superficie terrestre, que comúnmente acontecen al final de un ciclo sísmico, período durante el cual se acumula deformación en el interior de la Tierra que más tarde se libera repentinamente generando el terremoto.

En esta interesante infografía realizada por la agencia RIA Novosti, se ilustra detalladamente la forma en la que se originan los terremotos, sus diversos tipos y los actuales métodos de pronósticos:

Vídeos Sobre Disipadores y Aisladores Sismico

Edificios Antisísmico

Ante temblores de intensidad similar, un edificio puede quedar reducido a escombros y otro mecerse al ritmo del seísmo sin sufrir daños mayores. El resultado, una tragedia con miles de muertos o una simple anécdota. La cimentación y las dimensiones de las estructuras son las claves para reducir el impacto de un terremoto
Tan devastadora puede ser la Naturaleza, que con apenas dos golpes de tierra ha acabado con más de 200.000 vidas. Los seismos que recientemente asolaron Haití y Chile hace que se replantee la necesidad de revisar los principios de construcción sismorresistente de ciertos países. Sin embargo, no siempre depende de la redacción de la norma, sino más bien de la falta de recursos, una nefasta gestión y, en ocasiones, de la potencia monumental del seísmo.
A diferencia de Haití, Chile sí estaba preparada para enfrentarse a una situación así, debido a los frecuentes movimientos de este tipo, de ahí que el número de muertos fuera mucho menor.
Ricardo Aroca Hernández-Ros, director el Departamento de Estructuras en Edificación de la Escuela de Arquitectura de Madrid, explica que «las víctimas por la caída de edificios, son atribuibles casi siempre a edificaciones de escasa importancia y altura, construidas con materiales frágiles y pesados (muros de mampostería, fábricas de ladrillo y bloque, forjados de viguetas), sin observar medidas sencillas, de bajo coste, (como el incluir en los muros una retícula de nervios de hormigón armado) que son práctica habitual en países como México, en los que hay una percepción social del riesgo sísmico».
Hace unas semanas, el Servicio Geológico Británico, explicaba que cada año se producen en el mundo 50 terremotos de la misma magnitud que el de Haití, que no causan este grado de destrucción y muerte porque ocurren en lugares próximos a placas tectónicas donde la construcción es más sólida, como Japón o California (EE UU). Además, en estos países las normas de construcción son muy estrictas. Sólo así se explica que en Japón, con frecuentes seismos por encima de la magnitud 6 grados en la escala de Richter, apenas se produzcan víctimas.
En respuesta al por qué los japoneses viven en una vibración casi constante y pese a ello no se vienen abajo, hay dos versiones. La primera atiende a la leyenda, que cuenta que las islas que conforman el país se sitúan sobre un gran pez o namazu, que vive enroscado bajo el mar. El llamado dios Kashima mantiene una gran piedra sobre el pez para impedir que se mueva, pero cuando se distrae, el pez se mueve y entonces tiembla la tierra.
La versión científica sostiene que se debe a que Japón se encuentra en la confluencia de cuatro placas tectónicas: Euroasíatica, Filipina, Pacífica y Norteamericana, y existe una gran actividad de movimiento entre ellas (fricción). La energía se acumula y se libera con repentinos movimientos tectónicos. 
Edificios antisísmicos
(click en la imagen para ampliar)
Imperturbables

Daño Sísmico Estructural

El daño sísmico estructural es el que sufren las vigas, las columnas, las losas o las cimentaciones durante un sismo. Es decir, es el deterioro de aquellos elementos o componentes que forman parte del sistema resistente o estructural de la edificación. 

El nivel de daño estructural que sufrirá una edificación depende tanto del comportamiento global como del comportamiento local de la estructura. Está relacionado con los tipos y la calidad de los materiales que se utilizan, sus características, su configuración, el esquema resistente y con las cargas que actúan.  

Algunos problemas en el diseño de edificios tienen que ver con la configuración geométrica y estructural, esta última se refiere al tipo, disposición, fragmentación, resistencia y geometría de la edificación. Es decir, si el edificio se aleja de formas y esquemas estructurales simples hace que estas tengan un comportamiento inestable ante sismos. Además, resultan ser estructuras difíciles de modelar en la etapa de diseño y muchas veces presentan dificultades de construcción.

1.La configuración geométrica

Este es un tema que debe ser tomado desde la etapa de diseño y comprendido por los ingenieros y los arquitectos, dado que tiene que ver con la distribución del espacio. Los principales problemas que se pueden presentar se relacionan con la longitud en planta, las plantas complejas y los escalonamientos en altura. 

• Longitud en planta  

Si las estructuras son muy largas, la excitación que se da en un punto de ella será diferente de la que se produce en un punto ubicado en el otro extremo. Este efecto es muy difícil de cuantificar y de resolver en la etapa de diseño, lo anterior no aplica para el caso de edificios cortos, dado que este efecto no es tan significativo. Además, las plantas largas permiten que los efectos de torsión se manifiesten por los movimientos distintos en el terreno. Esto puede solucionarse al partir las plantas largas en bloques independientes si se dejan juntas constructivas, esto permitirá que cada bloque se mueva independientemente y el choque entre módulos debe ser evitado por la separación de la junta de construcción.

Figura 1. Solución al problema de longitud en planta.

• Plantas complejas

Esta configuración es típica de plantas compuestas por alas de significativo que se orientan en distintas direcciones (por ejemplo en forma de X, H, o T). Esto provoca que se concentren esfuerzos entre el cuerpo principal y las alas, ya que estas trabajan como elementos empotrados en un cuerpo más rígido y propenso a sufrir menos deformaciones. La solución suele ser diseñar una junta constructiva entre las alas y el cuerpo central, que permiten que cada cuerpo se mueva sin estar atado al cuerpo principal.

Figura 2. Ejemplos de plantas complejas.

• Elevación

Los escalonamientos en elevación se diseñan con el objetivo de resolver problemas de iluminación y de proporción, pero estos provocan un cambio abrupto en la rigidez y en la masa de los pisos, que propicia la concentración de esfuerzos producto de las acciones sísmicas. Son preferibles las transiciones suaves para evitar este fenómeno.

Figura 3. Ejemplos de elevaciones complejas.

2. La configuración estructural

Los sitios donde se concentran los mayores esfuerzos (intensidad de una fuerza) en las estructuras son las uniones y conexiones entre elementos estructurales, por ejemplo las conexiones viga-columna, y columna-cimiento. Estas zonas deben soportar las mayores fuerzas cortantes y momentos debidos a flexión y por ello su diseño debe realizarse cuidadosamente, en especial, verificando la distribución del acero de refuerzo en los nudos, o la cantidad y tipo de soldadura a utilizar si son elementos de acero, y además, contar con una adecuada inspección durante su construcción.   

Los principales problemas que se pueden presentar tienen que ver con: las altas concentraciones de masa en niveles superiores, columnas débiles, menor resistencia de columnas que vigas, pisos blandos o suaves, falta de confinamiento del concreto en columnas, falta de redundancia, flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso, la torsión entre pisos y el desplazamiento relativo entre pisos. 

• Altas concentraciones de masa en niveles superiores

Las fuerzas sísmicas son proporcionales a la masa, entonces si en un piso superior se concentran elementos como tanques de almacenamiento de agua, equipos, bodegas o archivos, las fuerzas sísmicas aumentan en ese nivel. Lo recomendable es colocar estos elementos pesados en el sótano o en sitios aledaños a la estructura principal.

Figura 4. Efecto de las concentraciones de masa en niveles superiores.

• Columnas débiles

Las fuerzas sísmicas se distribuyen proporcionalmente a la rigidez y resistencia de los elementos estructurales verticales. Entonces, si la rigidez de las columnas o paredes que soportan la estructura sufre un cambio brusco ya sea por confinamiento de las paredes hasta cierta altura de los marcos, por desniveles del terreno, por nivel intermedio entre dos pisos, se concentrarán los esfuerzos y se acumulará energía en el piso más débil, dado que el nivel donde se interrumpen los elementos verticales es más flexible que los demás, lo que permite que se produzca un problema de estabilidad.

Figura 5. Problema de columnas débiles.

• Menor resistencia de columnas que vigas

Si las columnas tienen menor resistencia que las vigas, las primeras fallarán primero lo que provoca que la estructura se vuelva un  mecanismo y esta colapse. La falla puede ser reparada si se da en las vigas.

Figura 6. Efecto de una menor resistencia en columnas que en las vigas.

• Pisos blandos o suaves

Son pisos donde los elementos estructurales verticales son interrumpidos, para ofrecer más espacio en ese piso o por razones arquitectónicas, generalmente en los niveles de acceso. Esto produce un debilitamiento de la rigidez de los elementos verticales en ese piso.

Figura 7. Piso blando por interrupción de elementos.

• Falta de confinamiento del concreto en columnas

Se produce cuando se utilizan pocos o ningún aro de confinamiento del concreto, por lo que el núcleo de los elementos sometidos a flexocompresión falla en forma explosiva.

Figura 8. Esquema de falla por falta de confinamiento del concreto.

• Falta de redundancia

Se debe buscar que la resistencia a fuerzas sísmicas dependa de varios elementos, puesto que si se cuenta con pocos elementos resistentes (falta de redundancia), la falla de uno de ellos provocará el colapso total o parcial de la estructura.

Figura 9. Ejemplo sobre la falta de redundancia.

• Flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso

La flexibilidad excesiva en el diafragma que forma el entrepiso produce deformaciones laterales no uniformes, que son perjudiciales para los elementos no estructurales adosados al diafragma. Son debidas a una relación muy grande largo/ancho (mayor que 5), y a aberturas creadas en el diafragma para efectos de iluminación, ventilación, que impiden que este funcione como un cuerpo rígido.

Figura 10. Ejemplo sobre flexibilidad excesiva en el diafragma.

• Torsión entre pisos

La torsión entre pisos se produce por la excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez en un piso, debido a que los elementos rígidos están colocados de manera asimétrica en un piso (ductos de elevadores), o a la colocación de grandes masas en forma asimétrica respecto al centro de masa. Generalmente se produce en edificios de esquina, debido a la gran rigidez que presentan los muros de colindancia, pero basta con que se excedan ciertos límites de excentricidad (una mala distribución de la rigidez lateral) para que se produzcan efectos negativos de la torsión.

Figura 11. Ejemplos de arreglos estructurales que producen torsión.

• Desplazamiento relativo entre pisos.

El desplazamiento relativo entre pisos (excesiva flexibilidad de los marcos) y dimensiones de juntas constructivas insuficientes, provoca daños en paredes de cerramiento por la excesiva flexibilidad de los marcos. Los desplazamientos laterales excesivos se deben a las grandes distancias entre los elementos de soporte (claros o luces), las alturas y las rigideces de los mismos. Se pueden tener como problemas: inestabilidad estructural y daños en elementos no estructurales adosados a niveles contiguos.

Figura 12. Choque entre dos edificios que se mueven distinto.